Phim xen kẽ PVB cấp quang điện là gì và tại sao nó lại quan trọng?

Phim xen kẽ PVB cấp quang điện là gì và nó khác với PVB kiến trúc như thế nào?

Phim xen kẽ Polyvinyl butyral (PVB) đã được sử dụng trong kính an toàn nhiều lớp trong nhiều thập kỷ, nổi tiếng nhất là trong kính chắn gió ô tô và kính kiến ​​trúc. Trong các ứng dụng đó, chức năng chính của PVB là giữ các mảnh thủy tinh lại với nhau sau khi vỡ, hấp thụ năng lượng va chạm và cung cấp khả năng giảm âm. Màng xen kẽ PVB cấp quang điện phục vụ mục đích cơ bản khác biệt và đòi hỏi khắt khe hơn: nó phải bao bọc và bảo vệ pin mặt trời trong một mô-đun đồng thời truyền lượng ánh sáng mặt trời tối đa có thể đến bề mặt tế bào đang hoạt động, duy trì độ rõ quang học trong nhiều thập kỷ phơi ngoài trời và bảo toàn tính toàn vẹn về điện của mạch pin trong toàn bộ phạm vi nhiệt độ, độ ẩm và tải tia cực tím mà mô-đun năng lượng mặt trời được triển khai tại hiện trường sẽ gặp phải.

PVB kiến ​​trúc tiêu chuẩn được thiết kế để đạt được hiệu suất cơ học và không được tối ưu hóa cho khả năng truyền quang, độ ổn định tia cực tím lâu dài dưới bức xạ mặt trời liên tục hoặc các yêu cầu về độ bám dính và chống ẩm cụ thể của việc xây dựng mô-đun quang điện. PVB cấp quang điện là một loại sản phẩm riêng biệt với công thức được thiết kế cẩn thận bao gồm chất ổn định tia cực tím, chất làm dẻo chuyên dụng, chất tăng cường bám dính và gói chống oxy hóa được chọn để đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất của tiêu chuẩn chất lượng mô-đun IEC 61215 và IEC 61730 trong vòng đời mô-đun dự kiến ​​từ 25 đến 30 năm. Việc coi hai loại vật liệu này là có thể hoán đổi cho nhau là một sai lầm phổ biến và tốn kém trong thiết kế mô-đun.

Phim xen kẽ PVB đóng vai trò gì trong cấu trúc mô-đun năng lượng mặt trời?

Mô-đun quang điện bằng kính hoặc tấm nền bằng kính tiêu chuẩn là một tổ hợp nhiều lớp trong đó pin mặt trời được bao quanh hoàn toàn bằng vật liệu đóng gói. Chất đóng gói phục vụ nhiều chức năng đồng thời rất quan trọng đối với hiệu suất, độ tin cậy và tuổi thọ của mô-đun. Trong các mô-đun sử dụng PVB làm chất bao bọc, màng được đặt cả trên và dưới chuỗi tế bào – giữa kính phía trước và các tế bào, cũng như giữa các tế bào và kính phía sau hoặc tấm nền – tạo ra một môi trường kín liên tục xung quanh mạch điện.

Trong quá trình cán màng, màng PVB được làm nóng dưới áp suất chân không trong máy ép màng, làm cho nó mềm ra, chảy xung quanh hình dạng tế bào và liên kết dính với cả bề mặt kính và bề mặt tế bào. Khi nguội đi, màng này đông đặc lại thành một ma trận dẻo dai, trong suốt, đàn hồi, hỗ trợ cơ học cho các tế bào, cách ly điện tử mạch tế bào với kính và khung, đệm sự giãn nở nhiệt chênh lệch giữa kính và silicon, đồng thời tạo ra một rào cản chống lại sự xâm nhập của hơi ẩm nếu không sẽ gây ra sự ăn mòn kim loại hóa tế bào, sự tách lớp của chất đóng gói và cuối cùng là sự suy giảm điện của mô-đun. Chất lượng và thông số kỹ thuật của màng PVB trực tiếp xác định mức độ thực hiện của từng chức năng này trong suốt thời gian sử dụng của mô-đun.

Các đặc tính hiệu suất chính của màng PVB cấp quang điện là gì?

Hiệu suất của một màng xen kẽ PVB cấp quang điện được đặc trưng bởi một tập hợp các thuộc tính xác định chung tính phù hợp của nó đối với việc đóng gói mô-đun. Mỗi thuộc tính đều có các thông số kỹ thuật có thể đo lường được mà các nhà sản xuất có trách nhiệm công bố và các nhà sản xuất mô-đun phải xác minh thông qua kiểm soát chất lượng đầu vào và kiểm tra chất lượng định kỳ.

Độ truyền quang

Độ truyền quang cao trong phạm vi bước sóng mà tế bào quang điện chuyển đổi thành điện năng - khoảng 300 đến 1200 nm đối với silicon tinh thể - là điều cần thiết để tránh tổn thất quang học ký sinh trong lớp bọc. Phim PVB loại quang điện thường đạt được giá trị độ truyền qua ban đầu trên 90% trên phổ khả kiến, được đo trên các mẫu kính nhiều lớp trước khi lão hóa nhanh. Tuy nhiên, độ truyền qua ban đầu ít quan trọng hơn khả năng duy trì độ truyền qua sau khi tiếp xúc với tia cực tím và chu trình nhiệt kéo dài. Một tấm phim bắt đầu có độ truyền qua 92% nhưng chuyển sang màu vàng đến 80% sau 5 năm phơi nhiễm ngoài hiện trường sẽ gây ra tổn thất điện năng vĩnh viễn và có thể đo được. Các công thức PVB chất lượng cao kết hợp chất ổn định ánh sáng amin cản trở (HALS) và chất hấp thụ tia cực tím được lựa chọn đặc biệt để ngăn chặn sự hình thành chromophore trong ma trận polymer dưới bức xạ mặt trời liên tục.

Tốc độ truyền hơi ẩm

Sự xâm nhập của hơi nước là một trong những cơ chế chính gây ra sự xuống cấp mô-đun trong thời gian dài. Độ ẩm gây ra sự ăn mòn lớp kim loại bạc và nhôm trên pin mặt trời, thúc đẩy sự phân tách ở các bề mặt tiếp xúc giữa kính và tế bào đóng gói, đồng thời đẩy nhanh sự xuống cấp do điện thế gây ra (PID) trong các mô-đun hoạt động ở điện áp hệ thống cao. PVB vốn có tốc độ truyền hơi ẩm (MVTR) cao hơn EVA - chất đóng gói thay thế được sử dụng rộng rãi nhất trong ngành - điều đó có nghĩa là các kết cấu mô-đun thủy tinh-thủy tinh được ưu tiên hơn khi sử dụng PVB, vì các lớp kính kép làm giảm đáng kể đường dẫn hơi ẩm hiệu quả xâm nhập so với tấm nền polyme. Đối với các mô-đun PVB bằng kính-thủy tinh, hơi ẩm xuyên qua lớp bịt mép là yếu tố hạn chế và việc thiết kế lớp bịt mép thích hợp là điều cần thiết để bổ sung cho khả năng chống ẩm của màng.

Độ bám dính lên bề mặt kính và tế bào

Độ bám dính giữa màng PVB và kính trước, kính sau và bề mặt tế bào phải duy trì chắc chắn và ổn định trong toàn bộ phạm vi nhiệt độ mà mô-đun triển khai tại hiện trường trải qua - từ dưới -40°C khi lắp đặt ở khí hậu lạnh đến trên 85°C trong môi trường sa mạc. Sự tách lớp, biểu hiện dưới dạng các bong bóng hoặc mảng trắng có thể nhìn thấy được trong tấm mô-đun, vừa không được chấp nhận về mặt thẩm mỹ vừa gây tổn hại về mặt thực tế vì các vùng bị tách lớp mất chức năng chống ẩm và tạo ra sự tán xạ quang học làm giảm sản lượng tế bào. Màng PVB loại quang điện được pha chế với các chất phụ gia thúc đẩy độ bám dính và có sẵn mức độ bám dính được kiểm soát - một thông số có thể được điều chỉnh để cân bằng giữa liên kết cấu trúc chắc chắn và hoạt động giải phóng có kiểm soát cần thiết trong một số thiết kế mô-đun.

Điện trở suất và cách điện

Chất đóng gói phải duy trì điện trở suất cao trong suốt thời gian sử dụng để ngăn dòng điện rò rỉ từ mạch tế bào đến khung mô-đun và cấu trúc lắp đặt. Mất điện trở suất – có thể xảy ra khi độ hấp thụ độ ẩm cao hoặc khi polyme bị phân hủy – làm tăng dòng rò, làm trầm trọng thêm PID trong hệ thống điện áp cao và tạo ra các mối nguy hiểm về an toàn trong điều kiện ẩm ướt. PVB cấp quang điện chất lượng cao duy trì điện trở suất trên 10¹³ Ω·cm trong điều kiện ẩm ướt, thông số kỹ thuật cần được xác minh thông qua thử nghiệm nhiệt ẩm ở 85°C / độ ẩm tương đối 85% trong 1000 giờ theo giao thức IEC 61215.

PVB so sánh với EVA và các chất đóng gói năng lượng mặt trời khác như thế nào?

Màng copolyme ethylene-vinyl acetate (EVA) trong lịch sử đã thống trị thị trường đóng gói năng lượng mặt trời do chi phí thấp, quy trình cán màng được thiết lập tốt và khả năng tương thích rộng với cả công nghệ silicon tinh thể và tế bào màng mỏng. Tuy nhiên, EVA có những điểm yếu đã được chứng minh rõ ràng đã thúc đẩy sự quan tâm đến các chất đóng gói thay thế bao gồm PVB, chất đàn hồi polyolefin (POE) và màng ionomer. Bảng dưới đây tóm tắt các đặc điểm so sánh chính liên quan đến các nhà thiết kế mô-đun và nhóm mua sắm.

Một lợi thế quan trọng của PVB so với EVA tiêu chuẩn là không tạo ra axit axetic trong quá trình lão hóa. Khi EVA phân hủy khi tiếp xúc với tia cực tím và nhiệt độ cao, nó sẽ giải phóng axit axetic dưới dạng sản phẩm phụ của phản ứng đảo ngược liên kết ngang. Axit axetic ăn mòn quá trình kim loại hóa tế bào, làm suy giảm lớp phủ chống phản chiếu và tấn công một số cấu trúc tế bào màng mỏng. PVB không tạo ra axit axetic trong bất kỳ điều kiện phơi nhiễm hiện trường nào, khiến nó trở thành chất đóng gói trơ về mặt hóa học hơn cho các thiết kế mô-đun có tuổi thọ cao và cho các công nghệ màng mỏng đặc biệt nhạy cảm với việc tiếp xúc với axit.

Những ứng dụng nào phù hợp nhất với màng xen kẽ PVB cấp quang điện?

Màng xen kẽ PVB loại quang điện nhận thấy sự biện minh thương mại mạnh mẽ nhất trong các ứng dụng trong đó tuổi thọ mô-đun, hiệu suất quang học, tính toàn vẹn cấu trúc dưới tải cơ học và khả năng chống lại các chế độ xuống cấp cụ thể được ưu tiên hơn chi phí vật liệu ban đầu. Một số danh mục ứng dụng luôn được hưởng lợi từ việc đóng gói PVB.

• Quang điện tích hợp trong tòa nhà (BIPV) là một trong những giải pháp phù hợp tự nhiên nhất cho việc đóng gói PVB. Các mô-đun BIPV hoạt động đồng thời như các thành phần kính kiến ​​trúc và các bộ phận tạo điện, đòi hỏi hiệu suất an toàn về kết cấu của kính kiến ​​trúc nhiều lớp - bao gồm cả khả năng giữ mảnh vỡ sau khi vỡ - kết hợp với hiệu suất quang học và điện của mô-đun năng lượng mặt trời. PVB có lịch sử chứng nhận an toàn kéo dài hàng thập kỷ về kính dán kiến ​​trúc nhiều lớp và các công thức cấp quang điện mang chứng chỉ an toàn này trực tiếp vào sản phẩm BIPV.
• Mô-đun hai mặt bằng kính-kính dành cho các hệ thống quy mô tiện ích điện áp cao được hưởng lợi từ khả năng chống PID tốt của PVB và không tạo ra axit axetic, cả hai đều trở nên quan trọng hơn khi điện áp hệ thống tăng vượt quá 1000V và khi tuổi thọ của mô-đun kéo dài tới 30 năm và hơn thế nữa.
• Mô-đun kính-kính không khung dành cho nhà để xe, giàn che và mái che kiến ​​trúc yêu cầu chất bao bọc duy trì độ bám dính cạnh chắc chắn mà không cần sự hỗ trợ cơ học của khung nhôm thông thường. Độ bám dính cao của PVB với bề mặt kính và độ bền cơ học của nó khiến nó rất phù hợp với những công trình lắp đặt có yêu cầu về kết cấu này.
• Các nhà sản xuất mô-đun màng mỏng sử dụng công nghệ tế bào cadmium Telluride (CdTe) hoặc đồng indium gallium selenide (CIGS) ưa chuộng PVB vì những công nghệ này nhạy cảm với axit axetic mà EVA có thể tạo ra và tính trơ hóa học của PVB bảo vệ tính chất hóa học bề mặt tế bào trong suốt thời gian hoạt động của mô-đun.

Các nhà sản xuất mô-đun nên đánh giá những gì khi lựa chọn nhà cung cấp phim xen kẽ PVB?

Việc lựa chọn màng xen kẽ PVB cấp quang điện là một quyết định ảnh hưởng đến hiệu suất mô-đun, trách nhiệm bảo hành và khả năng thanh toán ngân hàng — khả năng thu hút tài chính dự án từ những người cho vay yêu cầu độ tin cậy của mô-đun đã được chứng minh. Một quy trình đánh giá nhà cung cấp nghiêm ngặt cần giải quyết các khía cạnh sau:

• Yêu cầu bảng dữ liệu kỹ thuật hoàn chỉnh bao gồm độ truyền quang trước và sau 1000 giờ tiếp xúc với tia cực tím theo IEC 61345, hiệu suất nhiệt ẩm theo IEC 61215, điện trở suất thể tích trong điều kiện ẩm ướt, độ bám dính của lớp vỏ với kính ở nhiều nhiệt độ và tốc độ truyền hơi ẩm — bất kỳ nhà cung cấp nào không thể cung cấp các điểm dữ liệu này sẽ không được xem xét để đánh giá chất lượng.
• Xác minh rằng phim đã được đưa vào thử nghiệm đánh giá mô-đun IEC 61215 và IEC 61730 thành công với ít nhất một nhà sản xuất mô-đun được chứng nhận và yêu cầu tài liệu tham khảo báo cáo thử nghiệm cụ thể thay vì chấp nhận các tuyên bố tuân thủ chung chung.
• Đánh giá hệ thống quản lý chất lượng của nhà cung cấp, dữ liệu nhất quán theo từng đợt và thông số kỹ thuật về dung sai độ dày - Sự thay đổi độ dày màng PVB trên chiều rộng cuộn và dọc theo chiều dài cuộn ảnh hưởng trực tiếp đến độ đồng đều của lớp cán và phải nằm trong khoảng ±5% thông số kỹ thuật danh nghĩa.
• Đánh giá các yêu cầu lưu trữ và xử lý một cách cẩn thận - Màng PVB có khả năng hút ẩm và phải được bảo quản trong điều kiện độ ẩm được kiểm soát dưới 30% độ ẩm tương đối để ngăn chặn sự hấp thụ độ ẩm trước khi cán làm ảnh hưởng đến quá trình cán không có bong bóng và chất lượng quang học cuối cùng.
• Xem xét khả năng hỗ trợ kỹ thuật của nhà cung cấp để tối ưu hóa quy trình cán màng - thông số nhiệt độ cán màng, thời gian giữ chân không và chu trình ép cho PVB khác với các thông số được thiết lập cho EVA và nhà cung cấp có kinh nghiệm sẽ có thể cung cấp hướng dẫn quy trình dành riêng cho ứng dụng và hỗ trợ khắc phục sự cố trong quá trình chuyển đổi từ đóng gói EVA sang đóng gói PVB.

Phim xen kẽ PVB cấp quang điện chiếm một vị trí được xác định rõ ràng và có thể bảo vệ được trong bối cảnh bao bọc năng lượng mặt trời. Đối với các ứng dụng ưu tiên độ trơ hóa học, hiệu suất an toàn kết cấu, duy trì chất lượng quang học và khả năng tương thích với kiến ​​trúc mô-đun thủy tinh-thủy tinh, nó cung cấp sự kết hợp các đặc tính mà EVA không thể sánh được và sẽ ngày càng trở nên quan trọng khi ngành này đẩy tuổi thọ mô-đun và điện áp hệ thống lên cao hơn mức tiêu chuẩn hiện tại yêu cầu.